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单向短纤维增强复合材料应力传递模型及其细观力学分析 ／孙开俊等 ·121 · 单向短纤维增强复合材料应力传递模型及其细观力学分析 孙开俊 ，顾伯勤 ，周剑锋 ，黄星路 (1 南京工业大学机械与动力工程学院，南京 210009；2 浙江国泰密封材料股份有限公司，杭州 311255) 摘要 建立了含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型，采用基体剪应力的Lame形式推导 了纤维轴 向应力和纤维基体间界面剪应力计算方程。分析了纤维／基体模量比、纤维长径比和纤维体积分数等细观结构参数 对纤维轴向应力和界面剪应力分布的影响，并对结果进行 了验证。 关键词 短纤维复合材料 界面 应力传递 细观力学 中图分类号：TB332 文献标识码：A StressTransferM odelandM icromechanicAnalysesofUnidirectional Single-short-fiberComposite SUNKaijun，GUBoqin ，ZHOUJianfeng，HUANGXinglu (1 CollegeofMechanicalandPowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009； 2 CathayPacking＆ SealingCo ．，Ltd．，Hangzhou311255) Abstract A micromechanicaltwo-eylindermodelforfiber-reinforcedcompositesconsistingoffiberandmatrix wasestablished．TheequationsforcalculatingfiberaxiaIstressandinteffacialshearstresswerederivedasfunctionsof thefiberaxialpositionbyemployingLameform ofshearstressinthematrix．Theeffectsofmicro-structureparame— terssuchasfibertomatrixmodulusratio，fiberaspectratioandvolumefractionontheaxialstressdistributionandthe interfacialstressdistributionwereinvestigated．Furthermore．theresultswerevalidated． Keywords short-fibercompo site，interface，stresstransfer，micromechanics 数、纤维 ／基体模量比对应力分布的影响规律。康国政等 ] 0 引言 在短纤维增强金属基复合材料的单纤维轴对称和单纤维三 短纤维增强复合材料因具有耐高温、抗蠕变、高回弹性 维细观力学模型基础上，利用弹塑性有限元分析法，研究了 等 良好的力学性能，已成为密封复合材料领域近年来的研究 短纤维长径比与材料应力传递的关系。Yazici等[1分析了 热点之一L1]。复合材料中各相之间的应力通过界面传递，短 钢纤维的长径比和体积分数对钢纤维增强水泥基复合材料 纤维增强复合材料的力学性能很大程度上取决于从基体到 的压缩强度和弯曲强度等宏观力学性能的影响。 纤维的应力传递效率[2]。Cox剪滞理论是研究短纤维复合材 本研究建立单纤维双圆柱体胞细观力学模型，基于纤维 料内应力传递规律的一种最重要方法，其几何模型为一根埋 和基体间完美粘合的假设，采用基体的Lame形式推导纤维 在固体基体中的纤维